[發明專利]一種程序計數器壓縮方法及其硬件電路

有效

• 申請號: 201611143794.2
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106656200B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 張多利;張斌;宋宇鯤;衛燦
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H03M7/30
• 分類號: H03M7/30;G06F11/36
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙) 11457
• 代理人: 黃云鐸

本發明提供一種程序計數器壓縮方法及其硬件電路。本發明的壓縮方法包括下述步驟：步驟(1)、獲取處理器發出的指令的執行情況，并且基于所述指令的執行情況對所述指令進行分類篩選；步驟(2)、基于分類篩選的結果對目標分類的指令計數值和阻塞周期進行差分處理，并且對所獲得的差分值進行切片處理；步驟(3)、對步驟(2)中記錄的有效的差分切片字段進行LZ字典編碼。本發明將體系結構壓縮和非體系結構壓縮兩種方法有效地結合起來，通過分類篩選、差分編碼和字典壓縮等方法的組織和運用，提出了程序計數器的三級壓縮方案，極大地提高了程序計數器的壓縮率。

技術領域

本發明涉及電子電路領域，具體涉及一種程序計數器壓縮方法及其硬件電路。

背景技術

隨著處理器中軟件復雜度的提高，軟件調試和分析軟件執行效果顯得越來越重要，收集程序執行的路徑信息具有重要的意義。常用的路徑信息收集方法有兩種，第一種是通過仿真器模擬程序執行，這種方法實現起來簡單，但是由于仿真速度較慢，影響了信息收集的效率，第二種是在處理器中嵌入硬件模塊實時記錄路徑信息，這種方法信息收集速度快，但是片上存儲器容量和數據傳輸帶寬限制了記錄的信息數量。為了提高信息收集的效率，同時降低對硬件條件的要求，需要高效的程序計數器壓縮方法，減少需要記錄的有效數據量。

由于程序計數器壓縮單元是處理器的非核心部件，所以其硬件資源消耗應當盡可能少，功耗也應當盡可能低，以不影響處理器的整體面積和性能。因此，探索一種高效的程序計數器的壓縮方案及其硬件電路，提高程序計數器的壓縮率，降低硬件模塊的資源消耗和功耗具有重要的研究價值。

現有的程序計數器壓縮方法主要基于兩個角度提出，第一個角度是基于體系結構的壓縮，例如僅僅記錄程序執行過程中的跳轉指令信息，對于順序指令信息不做處理，第二個角度是通用的無損數據壓縮方法，例如差分編碼和字典編碼。現有的技術大多數沒有將這兩個角度有效結合起來，壓縮效果仍有提升的空間。在體系結構壓縮方面，已有的研究對阻塞指令的關注較少，在一些特定的領域中影響了壓縮效果。字典編碼這種方法在程序計數器的壓縮中得到了較為廣泛的運用，但是已有的研究提出的字典編碼的硬件實現方法大都需要較多的硬件資源，尤其是需要較多的寄存器，同時功耗也較大，限制了這種方法的實際運用。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種新的程序計數器壓縮方法以及相應的硬件實現電路，或稱為壓縮裝置。

具體而言，一方面，本發明提供一種程序計數器壓縮方法，其特征在于，所述壓縮方法包括下述步驟：

步驟(1)、獲取處理器發出的指令的執行情況，并且基于所述指令的執行情況對所述指令進行分類篩選；

步驟(2)、基于分類篩選的結果對目標類型指令的程序計數器值和阻塞周期進行差分處理，并且對所獲得的差分值進行切片處理，獲得相應的有效數據段；

步驟(3)、對步驟(2)中獲得的差分切片的有效數據段進行字典編碼。

優選地，所述程序計數器壓縮方法將指令的類型分為(1)順序執行、(2)跳轉和(3)阻塞，

所述步驟(1)包括：

步驟(1.1)、獲取每個指令所對應的程序計數器值；

步驟(1.2)求解任意兩條連續指令的程序計數器值的差值PC_diff＝PC-PC_pre，其中，PC表示當前周期的程序計數器值，PC_pre表示上一個周期的程序計數器值；

步驟(1.3)基于任意兩條連續指令的程序計數器值的差值PC_diff對所述指令進行分類，

(a)如果PC_diff＝1，則將該指令分類為順序指令，對該指令不做記錄；

(b)如果PC_diff＝0：則將該指令分類為阻塞指令，記錄阻塞指令對應的程序計數器值和阻塞的周期；